Pyttesmå fällor kan ge ny kunskap om svårbehandlade sjukdomar

Proteiner som bildar klumpar förekommer vid flera svårbehandlade sjukdomar, som ALS, Alzheimers och Parkinsons. Mekanismerna bakom hur proteinerna interagerar med varandra är svåra att studera, men nu har forskare på Chalmers hittat en ny metod för att stänga in proteiner i nanostora fällor. Inuti fällorna kan proteinerna studeras på ett sätt som inte varit möjligt tidigare. 

− Vi tror att vår metod har stor potential för att öka förståelse av tidiga och farliga förlopp av ett antal olika sjukdomar och på sikt leda till kunskap om hur läkemedel kan motverka dem, säger Andreas Dahlin, biträdande professor på institutionen för kemi och kemiteknik, som varit ledare för forskningsprojektet.

Proteiner som bildar klumpar i våra kroppar ligger bakom ett stort antal sjukdomar där ALS, Alzheimers och Parkinsons utgör några exempel. En bättre förståelse för hur klumparna bildas skulle kunna leda till effektiva sätt att lösa upp dem på ett tidigt stadium, eller till och med förhindra att de bildas. Idag finns olika tekniker för att studera de senare stadierna i förloppet, när klumparna blivit stora och bildat långa kedjor, men hittills har det varit svårt att följa den tidiga utvecklingen, när de fortfarande är mycket små. Det problemet kan nu de nya fällorna bidra till en lösning på.

Kan studera högre koncentrationer under mycket längre tid

Forskarna beskriver det de har gjort som världens minsta portar som kan öppnas och stängas genom en knapptryckning. Portarna blir till fällor som stänger inne proteinerna i kammare på nanoskala. Proteinerna hindras från att simma i väg, vilket gör att tiden som det går att observera dem på den här nivån förlängs från en millisekund till upp till åtminstone en timme. En viktig egenskap med den nya metoden är att det går att stänga in flera hundra proteiner i en liten volym.

− Klumparna som vi vill kunna se och förstå bättre utgörs av hundratals proteiner, så ska vi kunna studera dem måste vi kunna stänga in så stora mängder. Den höga koncentrationen i den lilla volymen gör att proteinerna naturligt stöter ihop med varandra vilket är en stor fördel som vår nya metod kan bidra med, säger Andreas Dahlin.

För att tekniken ska kunna användas för att studera förloppen av specifika sjukdomar krävs fortsatt utveckling av metoden.

− Fällorna behöver anpassas för att attrahera proteinerna som är kopplade till just den sjukdom man är intresserad av. Det vi jobbar med nu är att planera vilka proteiner som är lämpligast att studera, säger Andreas Dahlin.

Så här fungerar de nya fällorna

Portarna som forskarna har utvecklat består av så kallade polymerborstar som sitter vid mynningen till nanostora kammare. Proteinerna som man vill studera finns i en vätskelösning och dras till kammarens väggar efter en särskild kemisk behandling. När portarna är stängda kan proteinerna befrias från väggarna och börja röra sig mot varandra. I fällorna kan man studera enskilda klumpar av proteiner, vilket ger mycket mer information i jämförelse med att studera många klumpar samtidigt. Klumparna kan till exempel bildas genom olika mekanismer, ha olika storlek och olika struktur. Sådana skillnader kan bara observeras om man analyserar dem en och en. I praktiken kan proteinerna hållas kvar nästan hur länge som helst i fällorna men i dagsläget begränsas tiden av hur länge den kemiska markör som de måste förses med för att bli synliga består. I studien har forskarna lyckats behålla synligheten i upp till en timme.

Forskningen har presenterats i den vetenskapliga artikeln “Stable trapping of multiple proteins at physiological conditions using nanoscale chambers with macromolecular gates” som nyligen publicerades i Nature Communications.

Artikeln är skriven av Justas Svirelis, Zeynep Adali, Gustav Emilsson, Jesper Medin, John Andersson, Radhika Vattikunta, Mats Hulander, Julia Järlebark, Krzysztof Kolman, Oliver Olsson, Yusuke Sakiyama, Roderick Y. H. Lim och Andreas Dahlin. Forskarna är verksamma på Chalmers tekniska högskola och University of Basel.

Illustration: Chalmers | Julia Järlebark

Bildtext: Bilden visar proteinfällorna som består av kammare på nanoskala och polymerer som bildar portar ovanför. Portarna öppnas upp genom att temperaturen ökas med cirka tio grader vilket sker elektriskt. Då ändrar polymererna sin form till ett mer kompakt tillstånd så att proteiner kan passera in och ut. Illustration: Julia Järlebark.

För mer information, kontakta: 

Andreas Dahlin, biträdande professor, institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers tekniska högskola

031 772 28 44, andreas.dahlin@chalmers.se